DE102011083398A1

DE102011083398A1 - Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage

Info

Publication number: DE102011083398A1
Application number: DE102011083398A
Authority: DE
Inventors: David Grodzki
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2011-09-26
Filing date: 2011-09-26
Publication date: 2013-03-28
Anticipated expiration: 2031-09-27
Also published as: KR20130033473A; KR101659112B1; CN103018693A; US20130169273A1; DE102011083398B4; US9223000B2; CN103018693B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts (O) beschrieben. Dabei wird zunächst ein erster Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF1) mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in einen Volumenbereich des Untersuchungsobjekts ausgesendet. In einem vorgegebenen zeitlichen Abstand (τ, τ1) unmittelbar nach dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF1) wird dann zumindest ein zweiter Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF2) mit einer Pulslänge von maximal 50 μs, dessen Phase im Wesentlichen um 180° relativ zum ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF1) gedreht ist, in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O) ausgesendet. Es erfolgt dann eine Akquisition (ACQ) von Rohdaten aus dem Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O). Weiterhin werden eine Steuereinrichtung (11) für eine Magnetresonanzanlage (1) sowie eine Magnetresonanzanlage (1) mit einer solchen Steuereinrichtung (11) beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts sowie eine Steuereinrichtung für eine Magnetresonanzanlage und eine Magnetresonanzanlage, mit der ein solches Verfahren durchführbar ist.
Um Magnetresonanzaufnahmen, d. h. Bilddaten, aus einem Bereich vom Körperinneren eines Untersuchungsobjekts zu erhalten, muss zunächst der Körper bzw. der zu untersuchende Körperteil einem möglichst homogenen statischen Grundmagnetfeld (meist als B₀-Feld bezeichnet) ausgesetzt werden. Hierdurch werden die Kernspins im Körper parallel zur Richtung des B₀-Felds, üblicherweise als z-Richtung bezeichnet, ausgerichtet. Außerdem werden mit Hochfrequenzantennen Hochfrequenzpulse (im Folgenden auch „Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse“ genannt) in das Untersuchungsobjekt eingestrahlt, deren Frequenz im Bereich der Resonanzfrequenz, der sogenannten Larmorfrequenz, der anzuregenden Kerne (in der Regel Wasserstoffkerne) im vorliegenden Magnetfeld liegt. Die magnetische Flussdichte dieser Hochfrequenzpulse wird üblicherweise mit B₁ bezeichnet. Mittels dieser Hochfrequenzpulse werden die Kernspins der Atome im Untersuchungsobjekt derart angeregt, dass sie um einen sogenannten „Anregungsflipwinkel“ (im Allgemeinen auch kurz „Flipwinkel“ genannt) aus ihrer Gleichgewichtslage parallel zum Grundmagnetfeld B₀ ausgelenkt werden. Der Zusammenhang zwischen der Feldstärke B₁ und dem damit erreichten Flipwinkel α ist dabei durch die Gleichung
gegeben, wobei γ das gyromagnetische Verhältnis, welches für die meisten Magnetresonanzuntersuchungen als feststehende Materialkonstante angesehen werden kann, und T die Einwirkdauer des Hochfrequenzpulses ist. Die Kernspins präzedieren dann zunächst um die z-Richtung und relaxieren nach und nach wieder. Der phasengleiche Umlauf der mikroskopischen Spins um den Präzessionskegel kann als makroskopische Kernmagnetisierung in der x/y-Ebene (senkrecht zur z-Richtung) gesehen werden. Die bei der Relaxation erzeugten Magnetresonanzsignale werden als so genannte Rohdaten mittels Hochfrequenzempfangsantennen aufgenommen, und auf Basis der akquirierten Rohdaten werden schließlich die Magnetresonanzbilder rekonstruiert. Die Ortskodierung erfolgt mit Hilfe von schnell geschalteten Gradientenmagnetfeldern, die dem Grundmagnetfeld während der Aussendung der Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse und/oder der Akquisition der Rohdaten überlagert werden.
Für die Relaxation benötigen die angeregten Kerne eine charakteristische Abklingzeit, die von der chemischen Verbindung und der molekularen Umgebung abhängig ist, in der sich der angeregte Kern befindet. Daher unterscheiden sich die verschiedenen Gewebearten charakteristisch in ihrem Signal, was zu verschiedenen Signalstärken (Helligkeiten) im resultierenden Bild führt. Dabei wird zwischen zwei verschiedenen charakteristischen Relaxationszeiten unterschieden, der Längsrelaxationszeit T₁ und der Transversalrelaxationzeit T₂. Die Längsrelaxationszeit T₁ wird durch Wechselwirkung mit den umgebenden Atomen im Gitter bestimmt. Die Transversalmagnetisierung MT zerfällt aufgrund der so genannten Spin-Spin-Wechselwirkung mit benachbarten Atomen mit fortschreitender Zeit t nach Beendigung des Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses gemäß der Gleichung:
Dieses zeitliche Verhalten ist (jeweils in willkürlichen Einheiten = a.U.) in 1 schematisch für drei Stoffe mit verschiedenen Transversalrelaxationzeiten bzw. T₂-Zeitkonstanten dargestellt. Die durchgezogene Kurve entspricht einem Stoff mit langem T₂, die strichlinierte Kurve einem Stoff mit mittlerem T₂ und die gepunktete Kurve einem Stoff mit sehr kurzem T₂. Die T₂-Zeitkonstante (im Folgenden auch nur kurz „T₂“ genannt) ist für verschiedene Stoffe sehr unterschiedlich. Während sie für einige Gewebearten und Flüssigkeiten relativ lang ist (bis zu 100 ms oder mehr), liegt sie z. B. bei Knochen, Zähnen oder Eis nur zwischen 30 µs und 80 µs.
Bei bestimmten Fragestellungen, beispielsweise bei orthopädischen Anwendungen, zur Kontrolle von Kryoablationen oder zur MR-PET oder PET Schwächungskorrektur sind Bilder gefordert, die nur Stoffe mit kurzem T₂ zeigen. Zur Erstellung eines Bildes, in dem nur Stoffe mit kurzem T₂ sichtbar sind, könnten Stoffen mit langem T₂ durch sehr lange (~ 50ms) Vorpulse gesättigt werden. Alternativ könnten ein zweites Echo mit längerer Echozeit und ein Differenzbild aus erstem und zweitem Echo erzeugt werden.
Weiterhin ermöglichen Sequenzen mit sehr kurzen Echozeiten, so genannte UEZ-Sequenzen (UEZ = Ultrakurze Echozeiten mit TE < 0,5 ms), die Darstellung von Stoffen mit kurzem T₂, die mit herkömmlichen Sequenzen nicht sichtbar sind. Beispiele für UEZ-Sequenzen sind UTE (Ultra Short Echo Time = Ultrakurze Echozeit), PETRA (Pointwise Encoding Time Reduction with Radial Acquisition = punktweise Kodierzeitreduzierung mit radialer Akquisition) oder z-TE (Zero Echo Time = keine Echozeit). Bei diesen Sequenzen wird zumeist ein harter δ-Puls appliziert und danach im Free-Induction-Decay (FID) mit der Datenakquisition begonnen. Da jedoch bei sehr kurzen Zeiten die Signale aller Stoffe ungefähr gleich zerfallen sind (siehe Echozeit TE₁ in 1), kann man damit keinen T₂-Kontrast erzeugen. Nur mit längeren Zeiten (siehe Echozeit TE₂ in 1) besteht ein größerer Unterschied zwischen den einzelnen Stoffen, und das Bild wird T₂-gewichtet. Zu diesen Zeiten sind aber gerade die Stoffe mit kurzen Transversalrelaxationzeiten T₂ schon stark abgeklungen. Der Kontrast in UEZ-Sequenzen ist daher auf T₁- oder PD-Kontrast (PD = Protonendichte) beschränkt, wobei der Kontrast vom Steady State (nach einem Einschwingvorgang) der Messung gegeben ist und vom Flipwinkel und der Repetitionszeit abhängt. Insbesondere ist es mit den derzeitigen UEZ-Sequenzen folglich auch nicht möglich, T₂-Kontraste zu erzeugen, bei denen Stoffe mit langem T₂ im Bild deutlich heller als Stoffe mit kurzen T₂ sind, wie sie für viele klinische Fragestellungen benötigt werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage zur Erzeugung von T₂-gewichteten Magnetresonanzaufnahmen mit UEZ-Sequenzen sowie eine hierfür geeignete Steuereinrichtung für eine Magnetresonanzanlage anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 sowie durch eine Steuereinrichtung gemäß Patentanspruch 11 gelöst.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts wird demgemäß zunächst ein erster Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in einen Volumenbereich des Untersuchungsobjekts ausgesendet. Hierbei handelt es sich, wie dies bei UEZ-Sequenzen üblich ist, vorzugsweise um einen harten δ-Puls, der aufgrund der extrem kurzen Pulslänge nicht frequenzselektiv ist. In einem vorgegebenen, d. h. beispielsweise vom Bediener vorgebbaren, zeitlichen Abstand unmittelbar nach dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls erfolgt dann aber – wieder mit einer Pulslänge von maximal 50 μs – zunächst die Aussendung eines zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses, dessen Phase im Wesentlichen um 180° relativ zum ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls gedreht ist, in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts. Auch hierbei handelt es sich vorzugsweise wieder um einen harten δ-Puls, der aufgrund der extrem kurzen Pulslänge nicht frequenzselektiv ist. „Im Wesentlichen um 180°“ gedreht bedeutet dabei im Sinne der Erfindung, dass dieser Puls überwiegend der Wirkung des vorherigen Pulses entgegenwirkt.
Erst nach diesen mindestens zwei Pulsen erfolgt dann die Akquisition von Rohdaten, das heißt der Empfang von Magnetresonanzsignalen im FID, d. h. ohne spezielle Induzierung eines Echos, aus dem Volumenbereich des Untersuchungsobjekts. Auf Basis dieser Rohdaten können dann die gewünschten T₂-gewichteten Magnetresonanzaufnahmen rekonstruiert werden.
Durch die kurzen Pulslängen und den relativ kurzen Zeitraum zwischen den Pulsen kann ausgenutzt werden, dass sich die transversale Magnetisierung von Stoffen mit kurzem T₂ relativ schnell und stark verändert, wogegen sich Stoffe mit langen T₂ zwischen den Pulsen kaum ändern. Es ist so möglich, diese Stoffe insbesondere durch geeignete Wahl der Pulsabstände der ultrakurzen Pulse voneinander zu diskriminieren und somit auch mit UEZ-Sequenzen T₂-gewichtete Magnetresonanzaufnahmen zu erzeugen. In welcher Weise diese Diskriminierung genau erfolgt, hängt von der konkreten Pulssequenz ab. Es wird nachfolgend noch erläutert, dass beispielsweise durch eine direkte Akquisition von Rohdaten nach nur zwei Pulsen T₂-gewichtete Magnetresonanzaufnahmen nur mit Stoffen mit kurzen T₂-Zeiten erzeugt werden können, wie dies beispielsweise zur Bildgebung von Knochen, Zähnen oder Eis wünschenswert wäre. Wird dagegen noch ein dritter kurzer Puls vor der Akquisition von Rohdaten geschaltet, lassen sich auch mit einer UEZ-Sequenz T₂-gewichtete Magnetresonanzaufnahmen erstellen, in denen Stoffe mit langem T₂ im Bild deutlich heller sind als Stoffe mit kurzem T₂.
Zum einen werden also mit diesem Verfahren T₂-gewichtete Magnetresonanzaufnahmen von Stoffen mit extrem kurzem T₂ möglich, wobei Stoffe mit längerem T₂ schnell und gut unterdrückt werden. Dabei ist das Verfahren als UEZ-Sequenz besonders zeitsparend. Zum anderen können je nach Ausgestaltung der konkreten Sequenz wahlweise aber auch Stoffe mit kurzem T₂ schnell und gut unterdrückt werden. Weitere Vorteile sind in diesem Fall der nur geringe Einfluss von Suszeptibilitätsänderungen, insbesondere in der Umgebung von Luft oder Metall, sodass geringere Suszeptibilitätsartefakte als bei herkömmlichen Aufnahmen entstehen und gegebenenfalls mit einem erfindungsgemäßen Verfahren auch T₂-gewichtete Magnetresonanzaufnahmen im Bereich von künstlichen Hüftgelenken gefertigt werden können.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung für eine Magnetresonanzanlage benötigt u. a. folgende Komponenten:
Zum einen wird eine Hochfrequenzsendeeinrichtung zur Versendung von Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen an ein Sendeantennensystem der Magnetresonanzanlage benötigt. Bei diesem Sendeantennensystem kann es sich beispielsweise um eine übliche, um einen Messraum für den Patienten im Tomographen herum angeordnete Bodycoil oder auch um ein Lokalspulensystem handeln, mit einer Anzahl von an bzw. auf oder unter dem Patienten positionierten Lokalspulen. Die Hochfrequenzsendeeinrichtung umfasst dabei eine Vielzahl von Komponenten, u. a. Kleinsignalgeneratoren, welche dafür sorgen, dass die passenden Hochfrequenzpulse zunächst mit niedriger Amplitude erzeugt werden, und geeignete Hochfrequenzverstärker, um die Hochfrequenzpulse mit der erforderlichen Leistung in die Antennen einzuspeisen. Weiterhin gehören hierzu auch Überwachungskomponenten, mit denen sichergestellt wird, dass die Hochfrequenzleistung innerhalb der durch die SAR-Normen (SAR = Specific Absorption Rate) vorgegebenen Grenzwerte liegt etc.
Weiterhin benötigt die Steuereinrichtung eine Gradientensystemschnittstelle zur Ansteuerung eines Gradientensystems der Magnetresonanzanlage zur Erzeugung der Gradientenmagnetfelder. D. h. es wird eine geeignete Schnittstelle benötigt, mit der Gradientenpulse erzeugt und dann in die verschiedenen Gradientenspulen des Gradientensystems eingespeist werden.
Zudem wird eine Hochfrequenzempfangseinrichtung zum Empfang von Rohdaten über ein Empfangsantennensystem der Magnetresonanzanlage benötigt. Bei diesem Empfangsantennensystem kann es sich um das gleiche System wie das Sendeantennensystem handeln, wenn dieses entsprechend zwischen einem Sende- und einem Empfangsmodus umschaltbar ist. In der Regel handelt es sich hierbei um geeignete Lokalspulen. Die Hochfrequenzempfangseinrichtung umfasst dementsprechend eine Vielzahl von Empfangskanälen, in denen die von den einzelnen Antennen des Empfangsantennensystems aufgefangenen Signale übernommen und weiterverarbeitet, insbesondere verstärkt und digitalisiert werden.
Schließlich benötigt die Steuereinrichtung eine Sequenzsteuereinheit, die zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts im Betrieb Sequenzsteuerdaten an die Hochfrequenzsendeeinrichtung, die Gradientensystemschnittstelle und die Hochfrequenzempfangseinrichtung so übersendet, dass zumindest wie oben beschrieben ein erster Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in einen Volumenbereich des Untersuchungsobjekts ausgesendet wird, dann in einem zeitlichen Abstand nach dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls ein zweiter Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls mit im Wesentlichen um 180° relativ zum ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls gedrehter Phase und mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts ausgesendet wird, und schließlich (direkt nach dem zweiten Puls oder nach weiteren entsprechend kurzen Pulsen) Rohdaten aus dem Volumenbereich des Untersuchungsobjekts akquiriert werden.
Eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage muss neben einem Grundfeldmagnetensystem, mit dem in üblicher Weise im Patientenmessraum ein Grundfeldmagnetfeld angelegt wird, ein oben beschriebenes Sendeantennensystem, ein mehrere Gradientenspulen umfassendes Gradientensystem, ein Empfangsantennensystem und eine zuvor beschriebene erfindungsgemäße Steuereinrichtung aufweisen.
Insbesondere die Sequenzsteuereinheit kann bevorzugt in Form von Software auf einer geeigneten programmierbaren Steuereinrichtung mit entsprechenden Speichermöglichkeiten realisiert sein. Auch die Hochfrequenzsendeeinrichtung, die Gradientensystemschnittstelle und die Hochfrequenzempfangseinrichtung können zumindest teilweise in Form von Softwareeinheiten realisiert sein, wobei wiederum andere Einheiten dieser Komponenten reine Hardwareeinheiten sind, beispielsweise der Hochfrequenzverstärker, die Hochfrequenzsendeeinrichtung, eine Gradientenpulserzeugungseinrichtung der Gradientensystemschnittstelle oder ein Analog-/Digitalwandler der Hochfrequenzempfangseinrichtung etc. Eine weitgehend softwaremäßige Realisierung, insbesondere der Sequenzsteuereinheit, hat den Vorteil, dass auch schon bisher verwendete Magnetresonanzanlagen-Steuereinrichtungen auf einfache Weise durch ein Software-Update nachgerüstet werden können, um auf die erfindungsgemäße Weise zu arbeiten. Insofern wird die Aufgabe auch durch ein Computerprogrammprodukt gelöst, welches in einem transportablen Speicher hinterlegt und/oder über ein Netzwerk zur Übertragung bereitgestellt wird und so direkt in einen Speicher einer programmierbaren Magnetresonanzanlagen-Steuereinrichtung ladbar ist, mit Programmabschnitten, um alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung ausgeführt wird.
Die abhängigen Ansprüche sowie die nachfolgende Beschreibung enthalten jeweils besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung. Dabei können insbesondere die Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein. Zudem können im Rahmen der Erfindung auch die verschiedenen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsbeispiele und Ansprüche auch zu neuen Ausführungsbeispielen kombiniert werden.
Wie bereits oben erwähnt, wird bei einer besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens bereits der zweite Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls als Anregungspuls verwendet, und die Akquisition von Rohdaten erfolgt in einem kurzen zeitlichen Abstand unmittelbar nach Aussendung des zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses. Unter einem „kurzen zeitlicher Abstand“ im Sinne der Erfindung ist hier ein Zeitraum zu verstehen, der so kurz ist, dass die transversale Magnetisierung auch von Stoffen mit kurzem T₂ noch nicht zu stark gefallen ist, so dass auch von diesen Stoffen ausreichend Signal im FID aufgefangen wird und die Stoffe zum Kontrast beitragen. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls und dem Beginn der Akquisition von Rohdaten maximal 200 μs, besonders bevorzugt 100 μs. Er beträgt bevorzugt mindestens 50 μs, ganz besonders bevorzugt ungefähr 70 μs (z. B. mit einer Toleranz von 2 µs nach unten und oben). Dabei wird der Abstand von der Mitte des Pulses bis zum Beginn der Datenakquisition gerechnet.
Bei diesem Verfahren wird also zunächst zu einem bestimmten Zeitpunkt vor dem harten Anregungspuls ein anderer harter Anregungspuls appliziert, wobei die Wirkung der beiden Pulse einander entgegengerichtet ist. Dies führt insgesamt dazu, dass durch den ersten Puls alle Stoffe angeregt werden, dann aber zwischen den Pulsen die transversale Magnetisierung von Stoffen mit kurzen T₂ stark relaxiert, wogegen sich die transversale Magnetisierung von Stoffen mit langem T₂ zwischen den Pulsen kaum ändert. Durch den zweiten Puls werden folglich die Flipwinkel der Stoffe mit langem T₂ wieder auf Null zurückgekippt, wogegen die Stoffe mit kurzem T₂ neu angeregt werden. Werden dann in einem kurzen Abstand danach im FID die Rohdaten akquiriert, so haben nur die Stoffe mit kurzem T₂ eine von Null verschiedene transversale Magnetisierung und sind daher im Bild sichtbar. Stoffe mit langem T₂ werden so auf einfache Weise schnell und gut unterdrückt.
Der Abstand zwischen dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls und dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls beträgt bei dieser Verfahrensvariante bevorzugt maximal 1000 μs, besonders bevorzugt maximal 500 μs, ganz besonders bevorzugt maximal 200 μs. Er beträgt bevorzugt mindestens 100 μs. Der Abstand zwischen zwei Pulsen wird dabei im Rahmen dieser Erfindung jeweils von Pulsmitte zu Pulsmitte gerechnet.
Bei einer alternativen bevorzugten Variante wird dagegen, wie ebenfalls oben erwähnt, in einem vorgegebenen, d. h. vom Bediener vorgebbaren, kurzen zeitlichen Abstand unmittelbar nach dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts als Anregungspuls ein dritter Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls mit einer Pulslänge von maximal 50 μs ausgesendet, dessen Phase wiederum im Wesentlichen um 180° relativ zum zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls gedreht ist. Auch bei diesem Puls handelt es sich wieder vorzugsweise um einen harten δ-Puls, der aufgrund der extrem kurzen Pulslänge nicht frequenzselektiv ist. Bei dieser Variante erfolgt die Akquisition von Rohdaten dann in einem kurzen zeitlichen Abstand unmittelbar nach Aussendung des dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses.
Unter einem „kurzen zeitlichen Abstand“ zwischen dem zweiten und dritten Puls oder zwischen dem dritten Puls und der Rohdatenakquisition ist auch hier wieder ein Zeitraum zu verstehen, der so kurz ist, dass auch die transversale Magnetisierung der Stoffe mit kurzem T₂ noch nicht zu stark gefallen ist. D. h. auch hier beträgt der Abstand zwischen dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls und dem Beginn der Akquisition von Rohdaten maximal 200 μs, besonders bevorzugt maximal 100 μs. Vorzugsweise beträgt der Abstand mindestens 50 μs, besonders bevorzugt ca. 70 μs. Der Abstand zwischen dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls und dem dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls beträgt bevorzugt maximal 1000 μs, besonders bevorzugt maximal 500 μs und ganz besonders bevorzugt maximal 200 μs. Er beträgt bevorzugt mindestens 100 μs.
Bei dieser Alternative des erfindungsgemäßen Verfahrens wird also eine Sättigung von Stoffen mit kurzem T₂ bewirkt, um mit einer UEZ-Sequenz einen T₂-Kontrast in den Bilddaten zu erreichen. Dabei wird zu einer ersten Zeit wie in der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ein erster harter Puls appliziert. Der Pulsabstand zwischen dem ersten und zweiten Puls sollte bei dieser zweiten Verfahrensvariante länger sein als der Abstand in der ersten Verfahrensvariante. Er beträgt bevorzugt mehr als 2 ms, besonders bevorzugt mehr als 5 ms.
Der Abstand zwischen dem zweiten und dritten Puls der zweiten Variante ist ungefähr gleich dem Abstand beider Pulse in der ersten Verfahrensvariante. Bei beiden Verfahrensvarianten liegt also der Abstand zwischen dem vorletzten und dem letzten Puls (vor der Datenakquisition) in derselben Größenordnung. In dieser Zeit relaxiert die transversale Magnetisierung von Stoffen mit kurzem T₂. Diese Stoffe werden dann mit dem zweiten Puls, dessen Phase um 180° zum ersten und dem Anregungspuls verschoben ist, erneut angeregt. Da sich die transversale Magnetisierung von Stoffen mit langem T₂ in der Zeit zwischen den Pulsen kaum ändert, werden diese durch den zweiten Puls wie bei der ersten Variante wieder auf Null zurückgekippt. Wird dann aber, anders als bei der ersten Variante, nicht sofort mit der Datenakquisition begonnen, sondern in einem kurzen Abstand der dritte harte Puls ausgesendet, so wird die transversale Magnetisierung von Stoffen mit kurzem T₂ wieder auf null gedreht, und nur Stoffe mit längerem T₂ liefern ein signifikantes Signal im Bild. Auf diese Weise sind Messungen von T₂-gewichteten Magnetresonanzaufnahmen mit FID-basierten Methoden, insbesondere den gewünschten UEZ-Sequenzen, möglich.
Anders als mit den bisher bekannten Verfahren ist es dabei nicht notwendig, eine starke Flipwinkelanregung beispielsweise von 90° oder mehr mit jedem der Pulse zu erreichen. Vorzugsweise ist stattdessen der erste und/oder zweite und/oder dritte Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls ein so genannter „Kleinwinkelpuls“, mit dem eine Magnetisierung mit einem mittleren Flipwinkel von maximal 15°, bevorzugt maximal 10°, ganz besonders bevorzugt ungefähr 5° erzeugt wird. Unter dem mittleren Flipwinkel ist hierbei die mittlere Kernmagnetisierung im angeregten Volumen zu verstehen.
Die Arbeit mit solchen Kleinwinkelpulsen erlaubt es, die Pulslängen des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses extrem stark zu verkürzen. Vorzugsweise beträgt diese Pulslänge maximal 30 μs, besonders bevorzugt zwischen 10 μs und 20 μs, ganz besonders bevorzugt ungefähr 15 μs (z. B. mit einer Abweichung nach oben und unten von maximal 2 µs). Diese Pulslängen erlauben es insbesondere, die Abstände zwischen dem eigentlichen Anregungspuls und der Datenakquisition oder zwischen dem zweiten und dritten Puls extrem kurz zu machen und so auch bei Stoffen mit besonders kurzem T₂ das Verfahren gut auszunutzen.
Aufgrund der kurzen Pulslänge sind diese harten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse wie oben erwähnt nicht frequenzselektiv. Insofern handelt es sich auch um nicht-schichtselektive Pulse. Vorzugsweise werden daher die Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse ohne gleichzeitige Aussendung von Gradientenpulsen ausgesendet. Alternativ wäre es möglich, parallel zu den Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen Gradientenpulse auszusenden, wobei dann aber sinnvollerweise dafür gesorgt wird, dass das Gradientenmoment über die verschiedenen Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse insgesamt wieder ausgeglichen wird. Das heißt, dass beispielsweise bei einer Pulssequenz mit nur zwei Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen bei jedem der Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse ein Gradientenpuls gleicher Stärke ausgesendet wird, jedoch mit unterschiedlichen Vorzeichen.
Bei beiden Varianten ist es möglich, dass die Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse so gewählt sind, dass mit ihnen jeweils der gleiche mittlere Flipwinkel erzeugt wird, das heißt, dass beispielsweise die Pulse mit gleicher Intensität und Länge ausgesendet werden. Dieses Verfahren ist besonders einfach.
Prinzipiell ist es aber bei einer bevorzugten Weiterbildung auch möglich, dass zumindest mit zwei der Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse unterschiedliche mittlere Flipwinkel erzeugt werden. Wie später noch erläutert wird, lassen sich durch unterschiedliche Flipwinkelanregungen durch die verschiedenen Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse in der Sequenz bewusst Stoffe mit bestimmten T₂-Zeitkonstanten unterdrücken.
Die Erfindung wird im Folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Figuren anhand von Ausführungsbeispielen noch einmal näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm des zeitlichen Abfalls der transversalen Magnetisierung von Stoffen in Abhängigkeit von ihrer T₂-Zeitkonstante,
2 eine schematische Darstellung einer Pulssequenz gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
3 ein schematisches Diagramm des zeitlichen Abfalls der transversalen Magnetisierung von verschiedenen Stoffen in Abhängigkeit von ihrer T₂-Zeitkonstante sowie ihre erneute Anregung bei einer Aussendung einer Pulssequenz gemäß der ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
4 ein Diagramm zur Darstellung der transversalen Magnetisierung unmittelbar nach dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls einer Pulssequenz gemäß einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von der T₂-Zeitkonstante eines Stoffes,
5 zwei Magnetresonanzbilder eines Phantoms (ein in einem Schaumstoffblock gehaltenes gekochtes Ei) zum Vergleich einer herkömmlichen UEZ-Sequenz (Bild links) mit einem Aufnahmeverfahren gemäß der ersten Variante der Erfindung (Bild rechts),
6 eine schematische Darstellung einer Pulssequenz gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
7 ein schematisches Diagramm des zeitlichen Abfalls der transversalen Magnetisierung verschiedener Stoffe in Abhängigkeit von ihrer T₂-Zeitkonstante sowie ihre erneute Anregung bei einer Aussendung einer Pulssequenz gemäß einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens,
8 ein Diagramm zur Darstellung der transversalen Magnetisierung unmittelbar nach dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls einer Pulssequenz gemäß der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von der T₂-Zeitkonstante eines Stoffes für verschiedene Pulsabstände zwischen dem zweiten und dem dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls,
9 ein Diagramm zur Darstellung der transversalen Magnetisierung unmittelbar nach dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls einer Pulssequenz gemäß der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Abhängigkeit von der T₂-Zeitkonstante eines Stoffes für verschiedene Flipwinkel-Kombinationen der Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse,
10 zwei Magnetresonanzbilder eines Phantoms (ein in einem Schaumstoffblock gehaltenes gekochtes Ei) zum Vergleich einer herkömmlichen UEZ-Sequenz (Bild links) mit einem Aufnahmeverfahren gemäß der zweiten Variante der Erfindung (Bild rechts),
11 eine schematische Darstellung einer Magnetresonanzanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Diagramm in 1 wurde bereits eingangs erläutert.
In dem Pulsdiagramm in 2 ist schematisch der Anregungs- und Akquisitionsverlauf für eine erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form einer sehr vereinfachten Pulssequenz auf nur einer Achse dargestellt. Bei den ersten beiden Pulsen handelt es sich um die Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse RF₁, RF₂. Der danach auf der Zeitachse dargestellte Block symbolisiert die Akquisition ACQ der Rohdaten. Diese Akquisition ACQ erfolgt als Messung des FID-Signals. Da die beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse RF₁, RF₂ jeweils nicht-schichtselektiv sind, erfolgt hier die komplette Ortskodierung während der Rohdatenakquisition, indem in verschiedenen Richtungen Gradientenfelder geschaltet werden. Diese Vorgehensweise ist dem Fachmann aber prinzipiell als eine Möglichkeit bekannt und braucht daher nicht im Detail erläutert zu werden.
Bei dem in 2 dargestellten Verfahren wird zur Zeit t = –τ vor dem eigentlichen Anregungspuls, hier dem zweiten Puls RF₂ mit dem Flipwinkel α, ein Puls mit dem Flipwinkel –α gesendet, das heißt mit einer um 180° gedrehten Phase, aber gleicher Intensität und Länge. Bei beiden Pulsen handelt es sich um Kleinwinkelpulse, die eine Magnetisierung von ca. 5° verursachen und nur eine Pulslänge von ca. 15 µs haben. Die Gradienten sind während und zwischen dem ersten und dem zweiten Puls RF₁, RF₂ ausgeschaltet. Die Akquisition ACQ der Rohdaten beginnt dann in einem sehr kurzen Abstand τ_a = 70 µs nach dem letzten Anregungspuls RF₂.
Die Auswirkung dieser Magnetresonanz-Hochfrequenzpulssequenz auf den Betrag der transversalen Magnetisierung MT ist in 3 schematisch dargestellt. Hierbei zeigt die Figur wieder analog zu 1 die Kurven für drei Stoffe mit verschiedenen T₂-Zeitkonstanten. Die durchgezogene Kurve entspricht einem Stoff mit langem T₂, die strichlinierte Kurve einem Stoff mit mittlerem T₂ und die gepunktete Kurve einem Stoff mit sehr kurzem T₂.
Durch den ersten Puls RF₁ entsteht für alle Stoffe eine transversale Magnetisierung, die mit der individuellen T₂-Zeitkonstante der einzelnen Stoffe wieder zerfällt. Nach dem zeitlichen Abstand τ, welcher hier beispielsweise zwischen 100 µs und 500 µs beträgt, wird durch den um 180° phasenverschobenen zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ die transversale Magnetisierung von Stoffen mit langem T₂ (durchgezogene Kurve) auf fast Null gedreht, während die Stoffe mit kurzem T₂ (gepunktete Kurve) wieder auf den Maximalwert angeregt werden.
Die transversale Magnetisierung MT direkt nach dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ kann (unter der Annahme, dass für die T₁-Zeitkonstante T₁ → ∞ gilt) in Abhängigkeit von dem Abstand τ zwischen den Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂ und der T₂-Zeitkonstante für den jeweiligen Stoff wie folgt berechnet werden:
α₁ ist dabei die mit dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₁ erzeugte mittlere Magnetisierung (d. h. der mittlere Flipwinkel) und α₂ die mit dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ erzeugte mittlere Magnetisierung. In 2 wurde der Einfachheit halber davon ausgegangen, dass die Flipwinkel α₁, α₂ bei beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂ bis auf das Vorzeichen, d. h. betragsmäßig, identisch sind. Gleichung (3) zeigt aber, dass sich zusätzliche Kontrastmöglichkeiten ergeben, wenn die beiden Flipwinkel α₁, α₂ vom Betrag her nicht identisch gewählt werden.
Hierzu wird auf 4 verwiesen. Dort ist die transversale Magnetisierung MT (in willkürlichen Einheiten a. U.) gemäß Gleichung (3) unmittelbar nach dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ der Pulssequenz über der T₂-Zeitkonstante des Stoffes (in ms) für verschiedene Verhältnisse zwischen den beiden Flipwinkeln α₁, α₂ aufgezeichnet. Der Abstand zwischen den Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂ beträgt bei den in Figur vier dargestellten Graphen jeweils 0,4 ms.
Werden die beiden Flipwinkel α₁, α₂ vom Betrag her gleich gewählt (Kurve I.1), so werden alle Stoffe mit einer längeren T₂-Zeitkonstante (oberhalb von ca. 5 ms) stark unterdrückt.
Wird eine Pulsfrequenz gewählt, bei der der Flipwinkel α₁ des ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses RF₁ halb so groß ist wie der Flipwinkel α₂ des zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses RF₂ (α₁/α₂ = 1/2; Kurve I.2), so werden ebenfalls große T₂ unterdrückt, jedoch nicht ganz so stark wie im Fall gleicher Flipwinkel.
Wird dagegen der Flipwinkel α₁ des ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses RF₁ größer als der Flipwinkel α₂ des zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses RF₂ gewählt, so lassen sich Stoffe mit ganz speziellen kurzen T₂-Zeitkonstanten unterdrücken, wie dies die Kurven I.3 (α₁/α₂ = 2) und I.4 (α₁/α₂ = 3/2) zeigen.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Methode wird sofort anhand der in 5 gezeigten Vergleichsbilder ersichtlich. Hierbei sind zwei Magnetresonanzaufnahmen gegenübergestellt, die jeweils als Phantom ein gekochtes Ei zeigen, das in einem Schaumgummihalter gelagert ist. Das Ei-Material hat typischerweise eine lange T₂-Zeitkonstante, der Schaumstoff dagegen eine sehr kurze T₂-Zeitkonstante. Bei beiden Aufnahmeverfahren handelt es sich um UEZ-Sequenzen, bei denen während des Pulses die Gradienten ausgeschaltet sind. Beide Bilder sind identisch gefenstert. Auf der linken Seite ist ein Bild einer normalen UEZ-Sequenz gezeigt, bei dem zwar Stoffe mit kurzem T₂ (Schaumstoff unten) noch zu sehen sind, das Signal von Stoffen mit langem T₂ (gekochtes Ei in der Mitte) aber deutlich überwiegt. Bei Aufnahmen von komplizierteren Strukturen kann dies dazu führen, dass die Stoffe mit kurzer T₂-Zeitkonstante im Bild untergehen. Das rechte Bild zeigt eine Aufnahme, bei der die oben beschriebene erste Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet wurde. Der Abstand τ zwischen den beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂ betrug hierbei 0,3 ms. Das Signal von kurzen T₂-Stoffen ist fast unverändert geblieben, während das Signal des Eis mit einer langen T₂-Zeitkonstante deutlich unterdrückt wurde. Dies zeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sehr gut T₂-gewichtete Magnetresonanzaufnahmen anfertigen lassen, in denen die Stoffe mit kurzen T₂-Zeitkonstanten dominieren.
Insgesamt wird also mit diesem Verfahren eine sehr schnelle Unterdrückung von Stoffen mit langem T₂ erreicht. Für Aufnahmen, in denen vornehmlich Stoffe mit kurzen T₂-Zeitkonstanten sichtbar sein sollen, ist kein zweites Echo erforderlich, wodurch eine hohe Zeitersparnis im Gegensatz zu herkömmlichen Sequenzen erreicht wird. Durch Änderung des Abstands τ zwischen den Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF1, RF₂ ist zudem eine einfache Änderung der Unterdrückung möglich. Außerdem können durch Änderungen der Flipwinkel bestimmte Kontraste deutlich gesteigert werden.
6 zeigt analog zu der Darstellungsweise in 2 ein Pulsdiagramm, in dem schematisch der Anregungs- und Akquisitionsverlauf für die zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist.
Wie bei der ersten Variante werden auch bei diesem Verfahren zwei harte, kurze Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse RF₁, RF₂ mit zueinander um 180° gedrehter Phase ausgesendet. Diese Pulssequenz unterscheidet sich von der Pulsfrequenz gemäß der ersten Variante lediglich durch einen zusätzlichen Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₃. Das heißt, es wird zunächst ein Anregungspuls mit dem Flipwinkel α und dann mit einem zeitlichen Abstand τ₁ von z.B. 2 ms bis 15 ms ein weiterer Puls mit dem Flipwinkel –α appliziert.
Sehr kurze Zeit nach diesem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ wird in einem zeitlichen Abstand τ₂ ein dritter Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₃ wieder mit dem Flipwinkel α, d. h. mit erneut um 180° gedrehter Phase, gesendet. Vorteilhafterweise gilt τ₁ >> τ₂. Im konkreten Fall beträgt τ₂ ca. 500 µs.
Bei allen drei Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂, RF₃ handelt es sich auch hier um Kleinwinkelpulse, die eine Magnetisierung von ca. 5° verursachen und nur eine Pulslänge von ca. 15 µs haben. Die Gradienten sind während und zwischen den Pulsen RF₁, RF₂, RF₃ ausgeschaltet.
Die Akquisition ACQ der Rohdaten beginnt dann auch hier wieder in einem sehr kurzen Abstand τ_a von ca. 70 µs nach dem letzten Anregungspuls RF₃. D.h. dieser Abstand τ_a liegt knapp unter der Größenordnung des Abstands τ₂ zwischen den beiden vorhergehenden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₂, RF₃.
Die Auswirkung dieser Magnetresonanz-Hochfrequenzpulssequenz auf den Betrag der transversalen Magnetisierung MT ist nun in 7 wieder analog zu den Darstellungen in 1 und 3 schematisch (insbesondere nicht maßstabsgetreu in Bezug zur Darstellung der Kurven in 3) dargestellt. Die durchgezogene Kurve entspricht wieder einem Stoff mit langem T₂, die strichlinierte Kurve einem Stoff mit mittlerem T₂ und die gepunktete Kurve einem Stoff mit sehr kurzem T₂.
Durch den ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₁ entsteht eine transversale Magnetisierung, die mit der T₂-Zeitkonstante zerfällt. Durch den um 180° phasenverschobenen Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ wird die transversale Magnetisierung von Stoffen mit langem T₂ (durchgezogenen Kurve) wieder auf fast Null gedreht, während die Stoffe mit kurzer T₂-Zeitkonstante (gepunktete Kurve) wieder auf den Maximalwert angeregt werden. Folgt kurz darauf zur Zeit τ₁ + τ₂ der dritte Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₃ mit gleicher Phase wie der erste Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse RF₁, wird die transversale Magnetisierung von Stoffen mit kurzem T₂ wieder auf Null gedreht, während Stoffe mit langem T₂ wieder eine von Null verschiedene transversale Magnetisierung haben.
Die transversale Magnetisierung MT direkt nach dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₃ kann (wieder unter der Annahme, dass für die T₁-Zeitkonstante T₁ → ∞ gilt) in Abhängigkeit von den Abständen τ₁, τ₂ zwischen den Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂, RF₃ und der T₂-Zeitkonstante für den jeweiligen Stoff analog zu Gleichung (3) wie folgt berechnet werden:
α₁ ist dabei wieder die mit dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₁ erzeugte mittlere Magnetisierung, α₂ die mit dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ erzeugte mittleren Magnetisierung und α₃ dementsprechend die mit dem dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₃ erzeugte mittlere Magnetisierung.
Trägt man dieses transversale Magnetisierung MT (in willkürlichen Einheiten = a. U.) gemäß Gleichung (4) unmittelbar nach dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂ der Pulssequenz über der T₂-Zeitkonstante des Stoffes (in ms) auf, erkennt man die gute Unterdrückung von Stoffen mit kurzen T₂-Zeitkonstanten.
Dies ist in 8 für eine Pulssequenz mit identischen Flipwinkeln α₁, α₂, α₃ der drei Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse RF₁, RF₂, RF₃, aber für zwei verschiedene Abstandzeiten τ₂ zwischen dem zweiten und dem dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂, RF₃ dargestellt. Bei der Kurve II.1 beträgt dieser Abstand τ₂ = 0,1 ms und bei der Kurve II.2 τ₂ = 1 ms. Beide Kurven wurden für den identischen Abstand τ₁ = 5 ms zwischen dem ersten und dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₁, RF₂ berechnet. Dies zeigt, dass sich durch die Wahl des Abstandes τ₂ zwischen dem zweiten und dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls RF₂, RF₃ die Stärke der Unterdrückung der Stoffe mit langer T₂-Zeitkonstante einfach einstellen lässt.
In den 6 bis 8 wurde der Einfachheit halber wieder davon ausgegangen, dass die Flipwinkel α₁, α₂, α₃ bei allen Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂, RF₃ betragsmäßig identisch sind. Auch hier ergeben sich aber – wie Gleichung (4) zeigt – wieder zusätzliche Kontrastmöglichkeiten, wenn die Flipwinkel α₁, α₂, α₃ vom Betrag her nicht identisch gewählt werden.
Hierzu wird auf 9 verwiesen. Dort ist wie in 8 die transversale Magnetisierung MT über der T₂-Zeitkonstante des Stoffes aufgezeichnet. Die unterschiedlichen Kurven zeigen hier die unterschiedliche Unterdrückung für verschiedene Verhältnisse zwischen den Flipwinkel α₁, α₂, α₃. Der Abstand τ₁ zwischen den ersten beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂ beträgt bei den in 9 dargestellten Graphen jeweils 10 ms und der Abstand τ₂ zwischen den letzten beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₂, RF₃ beträgt bei den in Figur vier dargestellten Graphen jeweils 1 ms.
Die einzelnen Kurven wurden mit folgenden Flipwinkelverhältnissen berechnet:
Kurve II.2: α₁ = α₂ = α₃
Kurve II.3: α₁ = 2α₂ = 3α₃
Kurve II.4: 3α₁ = α₂ = 2α₃
Kurve II.5: 2α₁ = 3α₂ = α₃
Diese Graphen zeigen deutlich, dass das Verfahren eine Reihe Variationsmöglichkeiten bietet, um relativ gezielt Stoffe mit definierten T₂-Zeitkonstanten zu unterdrücken.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Methode wird beispielsweise auch anhand der in 10 gezeigten Vergleichsbilder ersichtlich. Hier sind wieder zwei Magnetresonanzaufnahmen gegenübergestellt, die jeweils als Phantom ein in einem Schaumgummihalter gelagertes gekochtes Ei zeigen. Auch hier handelt es sich bei beiden Aufnahmeverfahren um UEZ-Sequenzen, bei denen während des Pulses die Gradienten ausgeschaltet sind.
Beide Bilder sind identisch gefenstert. Auf der linken Seite ist ein Bild einer normalen UEZ-Sequenz gezeigt, bei dem sowohl Stoffe mit kurzem T₂ (Schaumstoff unten) als auch langem T₂ (Ei in der Mitte) zu sehen sind. Das rechte Bild zeigt eine Aufnahme, bei der die oben beschriebene zweite Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens angewendet wurde. Der Abstand τ₁ zwischen den beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₁, RF₂ betrug hierbei 5 ms und der Abstand τ₂ zwischen den beiden Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen RF₂, RF₃ 0,1 ms. Das Signal von Stoffen mit kurzer T₂-Zeitkonstante (Schaumstoff) ist verschwunden, im Ei mit der langen T₂-Zeitkonstante ist ein deutlicher T₂-Kontrast zu erkennen. Mit diesem Verfahren wird also eine sehr schnelle und gute Unterdrückung von Stoffen mit kurzem T₂ erreicht.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung einer Sequenz mit ultrakurzen Echozeiten zur Unterdrückung von Stoffen mit kurzen T₂-Zeitkonstanten liegt auch darin, dass durch geeignete Wahl der Pulsabstände τ₁, τ₂ und der Flipwinkel Stoffe mit ultrakurzer T₂-Zeitkonstante im Bild erhalten bleiben können und nur Stoffe mit mittlerer T₂-Zeitkonstante unterdrückt werden. Ein anderer wichtiger Punkt ist, dass Vorteile von UEZ-Sequenzen wie geringe Anfälligkeit auf Suszeptibilitätsartefakte erhalten bleiben, da nach wie vor der FID gemessenen wird. Auch bei dieser Variante wird eine Zeitersparnis im Gegensatz zur herkömmlichen Sequenzen erreicht.
In 1 ist schließlich stark vereinfacht eine erfindungsgemäße Magnetresonanzanlage 1 (im Folgenden kurz „MR-Anlage“ genannt) dargestellt, mit der die erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar sind. Sie umfasst zum einen den eigentlichen Magnetresonanzscanner 2 mit einem sich in z-Richtung erstreckenden Untersuchungsraum 3 bzw. Patiententunnel, in den auf einer Liege 8 ein Patient oder Proband eingefahren werden kann, in dessen Körper sich das Untersuchungsobjekt O, beispielsweise ein bestimmtes Organ, befindet.
Der Magnetresonanzscanner 2 ist in üblicher Weise mit einem Grundfeldmagnetsystem 4, einem Gradientensystem 6 sowie einem HF-Sendeantennensystem 5 und einem HF-Empfangsantennensystem 7 ausgestattet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem HF-Sendeantennensystemen 5 um eine im Magnetresonanzscanner 2 fest eingebaute Ganzkörperspule, wogegen das HF-Empfangsantennensystem 7 aus am Patienten bzw. Probanden anzuordnenden Lokalspulen besteht (in 1 nur durch eine einzelne Lokalspule symbolisiert). Grundsätzlich kann aber auch die Ganzkörperspule als HF-Empfangsantennensystem genutzt werden und die Lokalspulen als HF-Sendeantennensystem, sofern diese Spulen jeweils in unterschiedliche Betriebsweisen umschaltbar sind.
Die MR-Anlage 1 weist weiterhin eine zentrale Steuereinrichtung 11 auf, die zur Steuerung der MR-Anlage 1 verwendet wird. Diese zentrale Steuereinrichtung 11 umfasst eine Sequenzsteuereinheit 14 zur Pulssequenzsteuerung. Mit dieser wird die Abfolge von Hochfrequenz-Pulsen (HF-Pulsen) und von Gradientenpulsen in Abhängigkeit von einer gewählten Bildgebungssequenz gesteuert. Eine solche Bildgebungssequenz kann beispielsweise innerhalb eines Mess- oder Steuerprotokolls vorgegeben sein. Im vorliegenden Fall ist die Sequenzsteuereinheit 14 so ausgebildet, dass eine Pulssequenz gemäß einem der erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt werden kann.
Zur Ausgabe der einzelnen HF-Pulse weist die zentrale Steuereinrichtung 11 eine Hochfrequenzsendeeinrichtung 15 auf, die die HF-Pulse erzeugt, verstärkt und über eine geeignete Schnittstelle (nicht im Detail dargestellt) in das HF-Sendeantennensystem 5 einspeist. Zur Steuerung der Gradientenspulen des Gradientensystems 6 weist die Steuereinrichtung 11 eine Gradientensystemschnittstelle 16 auf. Die Sequenzsteuereinheit 14 kommuniziert in geeigneter Weise, z. B. durch Aussendung von Sequenzsteuerdaten SD, mit der Hochfrequenzsendeeinrichtung 15 und der Gradientensystemschnittstelle 16 zur Aussendung der Pulssequenzen. Die Steuereinrichtung 11 weist außerdem eine (ebenfalls mit der in geeigneter Weise mit der Sequenzsteuereinheit 14 kommunizierende) Hochfrequenzempfangseinrichtung 17 auf, um koordiniert vom HF-Sendeantennensystem 7 empfangene Magnetresonanz-Signale, d. h. Rohdaten, zu akquirieren.
Eine Rekonstruktionseinheit 12 übernimmt die akquirierten Rohdaten und rekonstruiert daraus in üblicher Weise die T₂-gewichteten Magnetresonanzaufnahmen. Diese können dann beispielsweise in einem Speicher 18 hinterlegt oder an einen Benutzer ausgegeben werden.
Eine Bedienung der zentralen Steuereinrichtung 13 kann über ein Terminal mit einer Eingabeeinheit 10 und einer Anzeigeeinheit 9 erfolgen, über das somit auch die gesamte MR-Anlage 1 durch eine Bedienperson bedient werden kann. Auf der Anzeigeeinheit 9 können auch MR-Bilder angezeigt werden, und mittels der Eingabeeinheit 10 ggf. in Kombination mit der Anzeigeeinheit 9 können Messungen geplant und gestartet werden.
Die erfindungsgemäße MR-Anlage 1 und insbesondere die Steuereinrichtung 11 können darüber hinaus noch eine Vielzahl von weiteren, hier nicht im Einzelnen dargestellten, aber üblicherweise an solchen Geräten vorhandenen Komponenten aufweisen, wie beispielsweise eine Netzwerkschnittstelle, um die gesamte Anlage mit einem Netzwerk zu verbinden und Rohdaten und/oder Bilddaten, aber auch weitere Daten, wie beispielsweise patientenrelevante Daten oder Steuerprotokolle, austauschen zu können.
Es wird abschließend noch einmal darauf hingewiesen, dass es sich bei den zuvor detailliert beschriebenen Verfahren und Aufbauten lediglich um Ausführungsbeispiele handelt und dass das Grundprinzip auch in weiten Bereichen vom Fachmann variiert werden kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen, soweit er durch die Ansprüche vorgegeben ist. Es wird der Vollständigkeit halber auch darauf hingewiesen, dass die Verwendung der unbestimmten Artikel „ein“ bzw. „eine“ nicht ausschließt, dass die betreffenden Merkmale auch mehrfach vorhanden sein können. Ebenso schließt der Begriff „Einheit“ nicht aus, dass diese aus mehreren Komponenten besteht, die gegebenenfalls auch räumlich verteilt sein können.

Claims

Verfahren zur Ansteuerung einer Magnetresonanzanlage (1) zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts (O), umfassend folgende Schritte: – Aussendung eines ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses (RF₁) mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in einen Volumenbereich des Untersuchungsobjekts, – Aussendung zumindest eines zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses (RF₂), dessen Phase im Wesentlichen um 180° relativ zum ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁) gedreht ist, mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O), in einem vorgegeben zeitlichen Abstand (τ, τ₁) unmittelbar nach dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁), – Akquisition (ACQ) von Rohdaten aus dem Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₂) als Anregungspuls verwendet wird und die Akquisition (ACQ) von Rohdaten in einem kurzen zeitlichen Abstand (τ_a) unmittelbar nach Aussendung des zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses (RF₂) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem kurzen zeitlichen Abstand (τ₂) unmittelbar nach dem zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₂) in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O) als Anregungspuls ein dritter Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₃) mit einer Pulslänge von maximal 50 μs ausgesendet wird, dessen Phase im Wesentlichen um 180° relativ zum zweiten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₂) gedreht ist, und die Akquisition (ACQ) von Rohdaten in einem kurzen zeitlichen Abstand (τ_a) unmittelbar nach Aussendung des dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses (RF₃) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite und/oder dritte Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁, RF₂, RF₃) ein Kleinwinkelpuls ist, mit dem eine Magnetisierung mit einem mittleren Flipwinkel von maximal 15°, bevorzugt maximal 10°, ganz besonders bevorzugt ungefähr 5° erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulslänge des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Magnetresonanz-Hochfrequenzpulses (RF₁, RF₂, RF₃) maximal 30 μs, bevorzugt zwischen 10 μs und 20 μs, ganz besonders bevorzugt ungefähr 15 μs beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse (RF₁, RF₂, RF₃) ohne gleichzeitige Aussendung von Gradientenpulsen ausgesendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Magnetresonanz-Hochfrequenzpulsen (RF₁, RF₂, RF₃) jeweils der gleiche mittlere Flipwinkel erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest mit zweien der Magnetresonanz-Hochfrequenzpulse (RF₁, RF₂, RF₃) unterschiedliche mittlere Flipwinkel erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (τ, τ₂) zwischen dem vorletzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁, RF₂) und dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₂, RF₃) vor dem Beginn der Akquisition (ACQ) von Rohdaten maximal 1000 μs, bevorzugt maximal 500 μs, ganz besonders bevorzugt maximal 200 μs und/oder mindestens 100 μs beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (τ_a) zwischen dem letzten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₂, RF₃) und dem Beginn der Akquisition (ACQ) von Rohdaten maximal 200 μs, bevorzugt maximal 100 μs, und/oder mindestens 50 μs, und ganz besonders bevorzugt ungefähr 70 μs beträgt.
Steuereinrichtung (11) für eine Magnetresonanzanlage (1) mit – einer Hochfrequenzsendeinrichtung (15) zur Versendung von Hochfrequenzpulsen an ein HF-Sendeantennensystem (5) der Magnetresonanzanlage (1), – einer Gradientensystemschnittstelle (16) zur Ansteuerung eines Gradientensystems (6) der Magnetresonanzanlage (1), – einer Hochfrequenzempfangseinrichtung (17) zum Empfang von Rohdaten über ein HF-Empfangsantennensystem (7) der Magnetresonanzanlage (1), – und einer Sequenzsteuereinheit (14), welche zur Erzeugung von Magnetresonanzaufnahmen eines Untersuchungsobjekts (O) im Betrieb Sequenzsteuerdaten (SD) an die Hochfrequenzsendeinrichtung (15), die Gradientensystemschnittstelle (16) und die Hochfrequenzempfangseinrichtung (17) übersendet, so dass zumindest – ein erster Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁) mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in einen Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O) ausgesendet wird, – in einem vorgegeben zeitlichen Abstand (τ, τ₁) unmittelbar nach dem ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁) ein zweiter Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₂), dessen Phase im Wesentlichen um 180° relativ zum ersten Magnetresonanz-Hochfrequenzpuls (RF₁) gedreht ist, mit einer Pulslänge von maximal 50 μs in denselben Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O) ausgesendet wird, – und Rohdaten (RD) aus dem Volumenbereich des Untersuchungsobjekts (O) akquiriert werden.
Magnetresonanzanlage (1) mit einem Grundfeldmagnetsystem (4), einem HF-Sendeantennensystem (5), einem Gradientensystem (6), einem HF-Empfangsantennensystem (7) und mit einer Steuereinrichtung (11) nach Anspruch 11.
Computerprogrammprodukt, welches direkt in einen Speicher einer programmierbaren Steuereinrichtung (11) ladbar ist, mit Programmcodeabschnitten, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Programm in der Steuereinrichtung (11) ausgeführt wird.